JP5976873B1 - Elevator control device - Google Patents

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Abstract

【課題】インバータ装置に搭載された半導体スイッチング素子の異常状態を検出して即時に保護動作を働かせる。【解決手段】一実施形態に係るエレベータの制御装置30は、電圧検出部41、電圧予測部42、異常判定部43と、保護動作部44を備える。電圧予測部42は、乗りかご4の運転パターンに基づいてインバータ装置13のIGBT13aに流れる電流パターンを予測し、その予測した電流パターンからIGBT13aのVce電圧値を予測する。電圧検出部41は、乗りかご4の運転時にIGBT13aのVce電圧値を検出する。異常判定部43は、Vceの予測値と検出値とを比較してIGBT13aの異常状態を判定する。保護動作部44は、異常判定部43の判定結果に基づいてIGBT13aの保護動作を実施する。【選択図】図1An object of the present invention is to detect an abnormal state of a semiconductor switching element mounted on an inverter device and to immediately perform a protection operation. An elevator control device according to an embodiment includes a voltage detection unit, a voltage prediction unit, an abnormality determination unit, and a protection operation unit. The voltage predicting unit 42 predicts a current pattern flowing through the IGBT 13a of the inverter device 13 based on the operation pattern of the car 4, and predicts the Vce voltage value of the IGBT 13a from the predicted current pattern. The voltage detector 41 detects the Vce voltage value of the IGBT 13a when the car 4 is in operation. The abnormality determining unit 43 compares the predicted value of Vce and the detected value to determine the abnormal state of the IGBT 13a. The protection operation unit 44 performs the protection operation of the IGBT 13a based on the determination result of the abnormality determination unit 43. [Selection] Figure 1

Description

本発明の実施形態は、インバータ装置を備えたエレベータの制御装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to an elevator control device including an inverter device.

通常、エレベータのインバータ装置には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を代表とした半導体スイッチング素子が用いられる。近年、この種の半導体スイッチング素子の小型化が進み、それに伴い短絡耐量が低くなっており、素子に短絡電流が流れ始めてから破壊に至るまでの時間が非常に短い。したがって、何らかの原因で短絡等の異常が発生した場合には直ぐに保護動作を働かせる必要がある。   Usually, a semiconductor switching element represented by an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used for an inverter device of an elevator. In recent years, miniaturization of this type of semiconductor switching element has progressed, and accordingly, the short-circuit withstand capability has decreased, and the time from when a short-circuit current starts to flow to the element until destruction is very short. Accordingly, when an abnormality such as a short circuit occurs for some reason, it is necessary to immediately activate the protective operation.

特開平7−7962号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-7962 特開2006−82933号公報JP 2006-82933 A

エレベータ(乗りかご)の運転中に何らかの原因で半導体スイッチング素子に短絡等の異常が発生すると、上述したインバータ装置が正常に働かず、非常に危険な状態である。   If an abnormality such as a short circuit occurs in the semiconductor switching element for some reason during operation of the elevator (car), the above-described inverter device does not operate normally and is in a very dangerous state.

本発明が解決しようとする課題は、インバータ装置に搭載された半導体スイッチング素子の異常状態を検出して即時に保護動作を働かせることのできるエレベータの制御装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide an elevator control device that can detect an abnormal state of a semiconductor switching element mounted on an inverter device and immediately activate a protective operation.

一実施形態に係るエレベータの制御装置は、インバータ装置の駆動により乗りかごを運転する。このエレベータの制御装置は、電圧予測手段と、電圧検出手段と、異常判定手段と、保護動作手段とを備える。   An elevator control device according to an embodiment operates a car by driving an inverter device. The elevator control device includes voltage predicting means, voltage detecting means, abnormality determining means, and protective operation means.

上記電圧予測手段は、上記乗りかごの運転パターンに基づいて上記インバータ装置に搭載された半導体スイッチング素子に流れる電流パターンを予測し、その予測した電流パターンから上記半導体スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間の電圧値を予測する。上記電圧検出手段は、上記乗りかごの運転時に上記半導体スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間の電圧値を検出する。上記異常判定手段は、上記電圧予測手段によって予測された電圧値と上記電圧検出手段によって検出された電圧値とを比較して上記半導体スイッチング素子の異常状態を判定する。上記保護動作手段は、この異常判定手段の判定結果に基づいて上記半導体スイッチング素子の保護動作を実施する。   The voltage predicting means predicts a current pattern flowing in a semiconductor switching element mounted on the inverter device based on an operation pattern of the car, and a voltage between a collector and an emitter of the semiconductor switching element based on the predicted current pattern. Predict the value. The voltage detecting means detects a voltage value between a collector and an emitter of the semiconductor switching element during operation of the car. The abnormality determination unit compares the voltage value predicted by the voltage prediction unit with the voltage value detected by the voltage detection unit to determine an abnormal state of the semiconductor switching element. The protection operation unit performs the protection operation of the semiconductor switching element based on the determination result of the abnormality determination unit.

図1は第1の実施形態に係るエレベータの制御装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an elevator control device according to the first embodiment. 図2はIGBTが短絡した状態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a state where the IGBT is short-circuited. 図3はIGBTのコレクタ電流Icの増加に対するコレクタ−エミッタ間電圧Vceとゲート−エミッタ間電圧Vgeの特性を示す図である。FIG. 3 is a graph showing characteristics of the collector-emitter voltage Vce and the gate-emitter voltage Vge with respect to an increase in the IGBT collector current Ic. 図4はIGBTのコレクタ電流Icによるコレクタ−エミッタ間電圧Vceの変化箇所を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a change portion of the collector-emitter voltage Vce due to the IGBT collector current Ic. 図5は第2の実施形態に係るエレベータの制御装置の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an elevator control device according to the second embodiment. 図6はIGBTの概略構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the IGBT. 図7はIGBTの経年的な使用によりセラミック基板と銅ベースとの間の接合半田が脆化した状態を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a state in which the solder joint between the ceramic substrate and the copper base has become brittle due to the aging use of the IGBT. 図8はIGBTの温度上昇に対するコレクタ電流Icとコレクタ−エミッタ間電圧Vceの特性を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing characteristics of the collector current Ic and the collector-emitter voltage Vce with respect to the temperature rise of the IGBT. 図9はIGBTのゲート−エミッタ間電圧Vgeの増加に対するコレクタ電流Icとコレクタ−エミッタ間電圧Vceの特性を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing characteristics of the collector current Ic and the collector-emitter voltage Vce with respect to an increase in the IGBT gate-emitter voltage Vge. 図10は第3の実施形態に係るエレベータの制御装置の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an elevator control device according to the third embodiment.

以下、図面を参照して実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に係るエレベータの制御装置の構成を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an elevator control device according to the first embodiment.

このエレベータは、駆動装置10とエレベータ制御装置30とを備える。駆動装置10は、コンバータ11、平滑コンデンサ12、インバータ装置13を有し、エレベータ制御装置30の駆動指示に従って巻上機2の駆動に必要な電力を供給する。   The elevator includes a drive device 10 and an elevator control device 30. The drive device 10 includes a converter 11, a smoothing capacitor 12, and an inverter device 13, and supplies power necessary for driving the hoisting machine 2 in accordance with a drive instruction from the elevator control device 30.

なお、コンバータ11は、商用電源1から供給される交流電圧を直流電圧に変換するものである。商用電源1は、三相の交流電源からなる。平滑コンデンサ12は、コンバータ11によって変換された直流電圧のリプルを平滑する。インバータ装置13は、コンバータ11から平滑コンデンサ12を介して与えられた直流電圧をPWM(Pulse Width Modulation)制御により任意の周波数、電圧値の交流電圧に変換し、これを駆動電力として巻上機2に供給する。   Note that the converter 11 converts an AC voltage supplied from the commercial power source 1 into a DC voltage. The commercial power source 1 is a three-phase AC power source. The smoothing capacitor 12 smoothes the ripple of the DC voltage converted by the converter 11. The inverter device 13 converts the DC voltage supplied from the converter 11 through the smoothing capacitor 12 into an AC voltage having an arbitrary frequency and voltage value by PWM (Pulse Width Modulation) control, and uses this as drive power to the hoist 2 To supply.

巻上機2は、同期電動機からなり、駆動装置10からの電力供給によって回転する。巻上機2には図示せぬシーブを介してロープ3が巻回されており、そのロープ3の一端には乗りかご4、他端にはカウンタウェイト5が連結されている。これにより、巻上機2の回転に伴い、ロープ3を介して乗りかご4とカウンタウェイト5がつるべ式に昇降動作する。   The hoisting machine 2 is composed of a synchronous motor, and rotates by power supply from the driving device 10. A rope 3 is wound around the hoisting machine 2 through a sheave (not shown), and a rope 4 is connected to one end of the rope 3 and a counterweight 5 is connected to the other end. Thereby, with the rotation of the hoist 2, the car 4 and the counterweight 5 are lifted and lowered via the rope 3.

エレベータの駆動系に備えられたインバータ装置13には、少なくとも1組のIGBT(半導体スイッチング素子)13aと、このIGBT13aに逆並列に接続されるダイオード(整流素子)13bが回路素子として組み込まれている。   The inverter device 13 provided in the drive system of the elevator incorporates at least one set of IGBT (semiconductor switching element) 13a and a diode (rectifier element) 13b connected in reverse parallel to the IGBT 13a as circuit elements. .

エレベータ制御装置30は、「制御盤」とも言われ、エレベータ全体の制御を行う部分である。このエレベータ制御装置30には、IGBT13aの異常状態を検出するための機能として、電圧検出部41、電圧予測部42、異常判定部43、保護動作部44が備えられている。   The elevator control device 30 is also referred to as a “control panel” and is a part that controls the entire elevator. The elevator control device 30 includes a voltage detection unit 41, a voltage prediction unit 42, an abnormality determination unit 43, and a protection operation unit 44 as functions for detecting an abnormal state of the IGBT 13a.

電圧検出部41は、乗りかご4の運転時に監視対象とするIGBT13aのコレクタ−エミッタ間電圧Vceを検出する。   The voltage detector 41 detects the collector-emitter voltage Vce of the IGBT 13a to be monitored during operation of the car 4.

電圧予測部42は、乗りかご4の運転パターンに基づいてIGBT13aに流れる電流パターンを予測し、その予測した電流パターンからIGBT13aのコレクタ−エミッタ間電圧Vceを予測する。上記運転パターンには、乗りかご4の積載荷重および行先階が含まれる。つまり、運転前に乗りかご4の運転パターンとして得られる積載荷重および行先階からインバータ装置13を駆動するのに必要な電力を求め、その電力からIGBT13aに流れる電流と電圧を予測する。   The voltage predicting unit 42 predicts a current pattern flowing through the IGBT 13a based on the operation pattern of the car 4, and predicts a collector-emitter voltage Vce of the IGBT 13a from the predicted current pattern. The driving pattern includes the load on the car 4 and the destination floor. That is, the electric power necessary for driving the inverter device 13 is obtained from the load obtained as the operation pattern of the car 4 and the destination floor before the operation, and the current and voltage flowing through the IGBT 13a are predicted from the electric power.

異常判定部43は、電圧予測部42によって予測されたコレクタ−エミッタ間電圧Vceと電圧検出部41によって検出されたコレクタ−エミッタ間電圧Vceとを比較してIGBT13aの異常状態を判定する。この場合、両者の電圧値の差分が予め設定された値以上であれば、IGBT13aが短絡状態にあると判定される。   The abnormality determination unit 43 compares the collector-emitter voltage Vce predicted by the voltage prediction unit 42 with the collector-emitter voltage Vce detected by the voltage detection unit 41 to determine the abnormal state of the IGBT 13a. In this case, if the difference between the two voltage values is equal to or greater than a preset value, it is determined that the IGBT 13a is in a short circuit state.

保護動作部44は、異常判定部43の判定結果に基づいてIGBT13aの保護動作を実施する。具体的には、異常判定部43によってIGBT13aが短絡している状態が判定された場合には、保護動作部44は、直ちに乗りかご4を最寄階に停止させて、インバータ装置13の駆動を停止する。   The protection operation unit 44 performs the protection operation of the IGBT 13a based on the determination result of the abnormality determination unit 43. Specifically, when the abnormality determination unit 43 determines that the IGBT 13a is short-circuited, the protection operation unit 44 immediately stops the car 4 at the nearest floor and drives the inverter device 13. Stop.

次に、IGBT13aの短絡状態を検出する方法について説明する。   Next, a method for detecting the short circuit state of the IGBT 13a will be described.

図2に示すように、IGBT13aが短絡すると、大きなコレクタ電流Ic(高di/dt)が短絡電流として流れる。このとき、素子の浮遊容量を通じてゲート−エミッタ間電圧Vgeが上昇する現象が発生する。また、図3および図4に示すように、コレクタ電流Icの上昇に伴い、通電時のコレクタ−エミッタ間電圧Vceの値も変化する。   As shown in FIG. 2, when the IGBT 13a is short-circuited, a large collector current Ic (high di / dt) flows as a short-circuit current. At this time, a phenomenon occurs in which the gate-emitter voltage Vge rises through the stray capacitance of the element. As shown in FIGS. 3 and 4, the collector-emitter voltage Vce at the time of energization also changes as the collector current Ic increases.

ここで、乗りかご4の積載荷重および行先階からIGBT13aに対する通電電流のパターンを予測可能であり、その通電電流からVceの電圧変化も予測することができる。何かの不具合でIGBT13aに短絡が発生すると、上述したようにIGBT13aに大きなコレクタ電流Icが流れるので、Vceの電圧値も変化する。したがって、その変化分を検出すれば、IGBT13aが短絡していることを検出できる。   Here, it is possible to predict an energization current pattern for the IGBT 13a from the loading load and destination floor of the car 4, and it is also possible to predict a voltage change of Vce from the energization current. When a short circuit occurs in the IGBT 13a due to some trouble, a large collector current Ic flows through the IGBT 13a as described above, so that the voltage value of Vce also changes. Therefore, if the change is detected, it is possible to detect that the IGBT 13a is short-circuited.

そこで、図1に示した電圧予測部42では、乗りかご4の運転前にそのときの運転パターン(積載荷重および行先階)からIGBT13aに流れる電流パターンを予測し、その電流パターンからIGBT13aのコレクタ−エミッタ間電圧Vceを予測して異常判定部43に与える。なお、予測方法としては、例えば乗りかご4の運転パターン毎にIGBT13aに流れる電流と電圧との関係式を予め用意しておき、その関係式に従って予測する方法などがある。   Therefore, the voltage predicting unit 42 shown in FIG. 1 predicts the current pattern flowing through the IGBT 13a from the operation pattern (loading load and destination floor) at that time before the operation of the car 4, and the collector of the IGBT 13a from the current pattern. The emitter-to-emitter voltage Vce is predicted and given to the abnormality determination unit 43. As a prediction method, for example, there is a method in which a relational expression between a current and a voltage flowing in the IGBT 13a is prepared in advance for each operation pattern of the car 4, and prediction is performed according to the relational expression.

一方、乗りかご4が運転されると、電圧検出部41によってIGBT13aのコレクタ−エミッタ間電圧Vceが検出され、異常判定部43に与えられる。異常判定部43では、電圧予測部42から与えられたVceの予測値と、電圧検出部41から与えられたVceの検出値とを比較する。   On the other hand, when the car 4 is operated, the voltage detection unit 41 detects the collector-emitter voltage Vce of the IGBT 13 a and applies it to the abnormality determination unit 43. The abnormality determination unit 43 compares the predicted value of Vce given from the voltage prediction unit 42 with the detection value of Vce given from the voltage detection unit 41.

この場合、IGBT13aが正常な状態であれば、予測値と検出値とは同じ値あるいは近似した値になる。IGBT13aが異常な状態であれば、予測値と検出値とは異なる値になる。そこで、異常判定部43は、予測値と検出値との差分を求め、その差分が予め設定された値以上であれば、IGBT13aが異常な状態つまり短絡状態であると判定する。   In this case, if the IGBT 13a is in a normal state, the predicted value and the detected value are the same value or approximate values. If the IGBT 13a is in an abnormal state, the predicted value and the detected value are different. Therefore, the abnormality determining unit 43 obtains a difference between the predicted value and the detected value, and determines that the IGBT 13a is in an abnormal state, that is, a short circuit state, if the difference is equal to or greater than a preset value.

異常判定部43によってIGBT13aが短絡状態であると判定されると、保護動作部44は、保護動作として、直ちに乗りかご4を最寄階に停止させて、インバータ装置13の駆動を停止する。これにより、IGBT13aが破損する前にインバータ装置13の駆動を停止でき、また、乗りかご4の運転を止めて乗客の安全を確保できる。   When the abnormality determination unit 43 determines that the IGBT 13a is in a short-circuit state, the protection operation unit 44 immediately stops the car 4 to the nearest floor as a protection operation, and stops driving the inverter device 13. Thereby, before the IGBT 13a is damaged, the drive of the inverter device 13 can be stopped, and the operation of the car 4 can be stopped to ensure the safety of passengers.

このように、乗りかご4の運転パターンからVceの電圧値を予測し、その予測された電圧値と運転時に検出した電圧値とを比較することで、IGBT13aの異常状態を検出でき、短絡している場合には即時に保護動作へ移行することができる。   In this way, by predicting the voltage value of Vce from the driving pattern of the car 4, and comparing the predicted voltage value with the voltage value detected during driving, the abnormal state of the IGBT 13a can be detected and short-circuited. If it is, the protection operation can be immediately performed.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.

第2の実施形態では、上記第1の実施形態の構成に加え、監視対象であるIGBT13aの劣化状態に応じてVceの予測値を補正する機能を設けたものである。   In the second embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, a function of correcting the predicted value of Vce according to the deterioration state of the IGBT 13a to be monitored is provided.

図5は第2の実施形態に係るエレベータの制御装置の構成を示す図である。なお、上記第1の実施形態における図1の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an elevator control device according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the structure of FIG. 1 in the said 1st Embodiment, and the description shall be abbreviate | omitted.

図5の構成において、図1と異なる点は、エレベータ制御装置21に補正部45が設けられることである。この補正部27は、監視対象であるIGBT13aの劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて電圧予測部42が予測するVceの電圧値を補正する。   In the configuration of FIG. 5, the difference from FIG. 1 is that the elevator control device 21 is provided with a correction unit 45. The correction unit 27 determines the deterioration state of the IGBT 13a to be monitored, and corrects the voltage value of Vce predicted by the voltage prediction unit 42 according to the deterioration state.

図6はIGBT14aの概略構成図である。   FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the IGBT 14a.

シリコンからなるIGBTチップ51は、ボンディングワイヤ52を介してセラミック基板53上に形成された主電極に接続される。セラミック基板53は放熱用の銅ベース55に半田54で接合されている。銅ベース55の下には放熱器56が設けられており、矢印で示すように、IGBTチップ51に発生した熱を放熱板である銅ベース55を介して放熱器56に逃がしている。   The IGBT chip 51 made of silicon is connected to a main electrode formed on the ceramic substrate 53 via a bonding wire 52. The ceramic substrate 53 is joined to the copper base 55 for heat dissipation with solder 54. A heat radiator 56 is provided under the copper base 55, and heat generated in the IGBT chip 51 is released to the heat radiator 56 through the copper base 55, which is a heat radiating plate, as indicated by arrows.

ここで、エレベータの運転に伴い、IGBT13aが発熱/休止を繰り返して、銅ベース55に温度変動が生じると、セラミック基板53と銅ベース55の熱膨張係数の違いによって、接合部の半田54に応力がかかり、脆化(クラック)が生じる問題がある。   Here, when the IGBT 13a repeatedly generates heat / pauses due to the operation of the elevator and the temperature variation occurs in the copper base 55, stress is applied to the solder 54 at the joint due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic substrate 53 and the copper base 55. There is a problem that embrittlement (crack) occurs.

このときの状態が図7である。IGBT13aの経年的な使用に伴い、セラミック基板53と銅ベース55とを接合している半田54の脆化が激しくなると、放熱性能が著しく低下し、ジャンクション温度が上昇してIGBTチップ1が熱で破損する。特にエレベータのような急加速・停止を繰り返す使い方をしている場合、IGBT13aに加わる熱ストレスは大きくなり、上記現象が顕著に現れる。   The state at this time is shown in FIG. With the aging of the IGBT 13a, when the embrittlement of the solder 54 that joins the ceramic substrate 53 and the copper base 55 becomes severe, the heat dissipation performance is remarkably lowered, the junction temperature is increased, and the IGBT chip 1 is heated. fall into disrepair. In particular, when the elevator is used repeatedly for rapid acceleration / stop, the thermal stress applied to the IGBT 13a becomes large, and the above phenomenon appears remarkably.

IGBT13aに通電している電流が一定であれば、図8に示すように、IGBTチップ51の温度Tjによってコレクタ−エミッタ間電圧Vceが変動する。つまり、温度Tjが高くなるほど、Vceの電圧値が上がる。   If the current applied to the IGBT 13a is constant, the collector-emitter voltage Vce varies depending on the temperature Tj of the IGBT chip 51 as shown in FIG. That is, as the temperature Tj increases, the voltage value of Vce increases.

そこで、保守点検時あるいは図示せぬ監視センタからの遠隔操作により、乗りかご4を所定の条件で運転し、IGBT13aの電圧変化を初期値と比較することで、劣化の状態を判定する。   Therefore, the deterioration state is determined by operating the car 4 under predetermined conditions during maintenance and inspection or by remote operation from a monitoring center (not shown) and comparing the voltage change of the IGBT 13a with the initial value.

「所定の条件」とは、負荷変動の無い状態で運転することであり、具体的には乗りかご4が空荷の状態(これをノーロード:NLと呼ぶ)で、一定の速度でアップ方向あるいはダウン方向に運転することである。乗りかご4をNL状態にして定速運転すると、IGBT13aに一定のコレクタ電流Icが流れる。したがって、そのときのコレクタ−エミッタ間電圧Vceを測定すれば、初期値との比較により劣化の進行度が分かる。   The “predetermined condition” is to drive in a state where there is no load fluctuation. Specifically, the car 4 is in an empty state (this is referred to as “no-load: NL”), and at a constant speed in the up direction or Driving in the down direction. When the car 4 is in the NL state and is operated at a constant speed, a constant collector current Ic flows through the IGBT 13a. Therefore, if the collector-emitter voltage Vce at that time is measured, the degree of deterioration can be found by comparison with the initial value.

図5に示した補正部45は、上記のように一定の条件でIGBT13aを通電したときに検出されるVceの電圧値からIGBT13aの劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて電圧予測部42が予測するVceの電圧値を補正する。この場合、IGBT13aの劣化が進んでいるほど、電圧値を上げるようにVceの電圧特性を補正する。異常判定部43では、補正後の電圧特性から得られるVceの予測値と運転時のVceの検出値とを比較してIGBT14aの異常判定を行う。   The correction unit 45 shown in FIG. 5 determines the deterioration state of the IGBT 13a from the voltage value of Vce detected when the IGBT 13a is energized under a certain condition as described above, and the voltage prediction unit 42 according to the deterioration state. The voltage value of Vce predicted by is corrected. In this case, the voltage characteristic of Vce is corrected so as to increase the voltage value as the deterioration of the IGBT 13a progresses. The abnormality determination unit 43 compares the predicted value of Vce obtained from the corrected voltage characteristics with the detected value of Vce during operation, and performs abnormality determination of the IGBT 14a.

(変形例)
上記第2の実施形態では、一定の条件でIGBT13aを通電したときに検出されるVceの電圧値からIGBT13aの劣化状態を判定したが、Vgeの電圧値を計測することでも劣化状態を判定することが可能である。
(Modification)
In the second embodiment, the deterioration state of the IGBT 13a is determined from the voltage value of Vce detected when the IGBT 13a is energized under a certain condition. However, the deterioration state is also determined by measuring the voltage value of Vge. Is possible.

図8に示した特性図は、Vge=15Vのデータである。同じIGBT素子の温度でも、図9に示すようにVgeの値によって、コレクタ−エミッタ間電圧Vceの値が変化する。この例では、Vge=20V,15V,12V,10V,8Vに変えた場合のVceの特性が示されている。   The characteristic diagram shown in FIG. 8 is data of Vge = 15V. Even at the temperature of the same IGBT element, the value of the collector-emitter voltage Vce varies depending on the value of Vge as shown in FIG. In this example, the characteristics of Vce when Vge = 20V, 15V, 12V, 10V, and 8V are changed are shown.

IGBT素子のゲート回路には、アルミ電解コンデンサ等の特性劣化する用品が実装されているので、コレクタ−エミッタ間電圧Vgeが経年的に変化する場合がある。また、Vgeは負荷の状態(通電電流)に対しても変動するため、一定の条件(例えば、誰も乗車しないときの1階から4階の運転)でIGBT13aを通電したときのVgeを測定して初期値と比較すれば、その変動分からIGBT13aの劣化状態を判定できる。   Since the gate circuit of the IGBT element is mounted with an article that deteriorates characteristics such as an aluminum electrolytic capacitor, the collector-emitter voltage Vge may change over time. Also, since Vge varies depending on the load condition (energization current), measure Vge when the IGBT 13a is energized under certain conditions (for example, operation from the first floor to the fourth floor when no one gets on). If compared with the initial value, the deterioration state of the IGBT 13a can be determined from the variation.

図5に示した補正部45は、上記のように一定の条件でIGBT13aを通電したときに検出されるVgeの電圧値からIGBT13aの劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて電圧予測部42が予測するVceの電圧値を補正する。この場合、IGBT13aの劣化が進んでいるほど、電圧値を上げるようにVceの電圧特性を補正する。異常判定部43では、補正後の電圧特性から得られるVceの予測値と運転時のVceの検出値とを比較してIGBT14aの異常判定を行う。   The correction unit 45 shown in FIG. 5 determines the deterioration state of the IGBT 13a from the voltage value of Vge detected when the IGBT 13a is energized under a certain condition as described above, and the voltage prediction unit 42 according to the deterioration state. The voltage value of Vce predicted by is corrected. In this case, the voltage characteristic of Vce is corrected so as to increase the voltage value as the deterioration of the IGBT 13a progresses. The abnormality determination unit 43 compares the predicted value of Vce obtained from the corrected voltage characteristics with the detected value of Vce during operation, and performs abnormality determination of the IGBT 14a.

このように、監視対象とするIGBT13aの劣化状態に応じて電圧予測部42によって予測される電圧値を補正することで、IGBT13aの異常状態をより正確に判定でき、短絡している場合には即時に保護動作へ移行することができる。   Thus, by correcting the voltage value predicted by the voltage predicting unit 42 according to the deterioration state of the IGBT 13a to be monitored, the abnormal state of the IGBT 13a can be determined more accurately, and immediately when short-circuited It is possible to shift to the protection operation.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.

第3の実施形態では、上記第1の実施形態の構成に加え、監視対象とするIGBT13aの温度条件を考慮してVceの予測値を補正する機能を設けたものである。   In the third embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, a function for correcting the predicted value of Vce in consideration of the temperature condition of the IGBT 13a to be monitored is provided.

図10は第3の実施形態に係るエレベータの制御装置の構成を示す図である。なお、上記第1の実施形態における図1の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。   FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an elevator control device according to the third embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the structure of FIG. 1 in the said 1st Embodiment, and the description shall be abbreviate | omitted.

図10の構成において、図1と異なる点は、エレベータ制御装置21に温度検出部46と補正部47が設けられることである。この温度検出部46は、監視対象とするIGBT13aの周囲の温度を検出する。IGBT13aの周囲とは、IGBT13aが搭載されたインバータ装置13の周囲を含む。補正部47は、温度検出部46によって検出された温度からIGBT13aのジャンクション温度の上昇状態を予測し、そのジャンクション温度の上昇状態に応じて電圧予測部42が予測するVceの電圧値を補正する。   In the configuration of FIG. 10, the difference from FIG. 1 is that the elevator control device 21 is provided with a temperature detection unit 46 and a correction unit 47. The temperature detection unit 46 detects the temperature around the IGBT 13a to be monitored. The periphery of the IGBT 13a includes the periphery of the inverter device 13 on which the IGBT 13a is mounted. The correction unit 47 predicts the junction temperature increase state of the IGBT 13a from the temperature detected by the temperature detection unit 46, and corrects the voltage value of Vce predicted by the voltage prediction unit 42 in accordance with the junction temperature increase state.

すなわち、IGBT13aが搭載されたインバータ装置13の周囲の温度は常に一定とは限らず、エレベータの稼働率や季節によっても異なる。特に、夏と冬とでは温度差が顕著に現れる。インバータ装置13に用いられているIGBT13aのジャンクション温度もその周囲温度の影響を受けるため、Vceの電圧特性を変動するものと考えられる。   That is, the temperature around the inverter device 13 on which the IGBT 13a is mounted is not always constant, and varies depending on the operating rate and season of the elevator. In particular, the temperature difference is noticeable between summer and winter. Since the junction temperature of the IGBT 13a used in the inverter device 13 is also affected by the ambient temperature, it is considered that the voltage characteristic of Vce fluctuates.

そこで、インバータ装置13の近傍に図示せぬ温度センサを設置しておき、この温度センサによって測定された温度を温度検出部46にて検出する。補正部47では、温度検出部46によって検出された温度を考慮して電圧予測部42が予測するVceの電圧値を補正する。   Therefore, a temperature sensor (not shown) is installed near the inverter device 13, and the temperature measured by the temperature sensor is detected by the temperature detection unit 46. The correction unit 47 corrects the voltage value of Vce predicted by the voltage prediction unit 42 in consideration of the temperature detected by the temperature detection unit 46.

例えば、IGBT13aの周囲温度が初期時に測定した温度よりも5度高い状況であったとする。このような場合には、その温度差の5度だけ電圧値を上げるようにVceの電圧特性を補正する。これにより、異常判定部43では、補正後の電圧特性から得られるVceの予測値と運転時のVceの検出値とを比較してIGBT14aの異常判定を行う。   For example, assume that the ambient temperature of the IGBT 13a is 5 degrees higher than the temperature measured at the initial stage. In such a case, the voltage characteristic of Vce is corrected so as to increase the voltage value by 5 degrees of the temperature difference. As a result, the abnormality determination unit 43 determines the abnormality of the IGBT 14a by comparing the predicted value of Vce obtained from the corrected voltage characteristics with the detected value of Vce during operation.

(変形例)
上記第3の実施形態では、IGBT13aの周囲温度を考慮してVceの電圧特性を補正したが、IGBT13aの内部温度を考慮してVceの電圧特性を補正することでも良い。
(Modification)
In the third embodiment, the Vce voltage characteristic is corrected in consideration of the ambient temperature of the IGBT 13a. However, the Vce voltage characteristic may be corrected in consideration of the internal temperature of the IGBT 13a.

すなわち、夏と冬では冷却の時定数が異なり、通電時のIGBTチップの温度変化に差が発生する。例えば、前からの通電により熱がこもっている場合には、内部温度が高めになる。   That is, the time constant of cooling differs between summer and winter, and a difference occurs in the temperature change of the IGBT chip during energization. For example, when heat is accumulated due to the energization from the front, the internal temperature becomes high.

そこで、IGBT13aの内部温度を図示せぬ温度センサで測定する構成とし、その温度を温度検出部46にて検出する。補正部47では、温度検出部46によって検出された温度を考慮して電圧予測部42が予測するVceの電圧値を補正する。   Therefore, the internal temperature of the IGBT 13a is measured by a temperature sensor (not shown), and the temperature is detected by the temperature detector 46. The correction unit 47 corrects the voltage value of Vce predicted by the voltage prediction unit 42 in consideration of the temperature detected by the temperature detection unit 46.

例えば、IGBT13aの内部温度が初期時に測定した温度よりも5度高い状況であったとする。このような場合には、その温度差の5度だけ電圧値を上げるようにVceの電圧特性を補正する。これにより、異常判定部43では、補正後の電圧特性から得られるVceの予測値と運転時のVceの検出値とを比較してIGBT14aの異常判定を行う。   For example, it is assumed that the internal temperature of the IGBT 13a is 5 degrees higher than the temperature measured at the initial stage. In such a case, the voltage characteristic of Vce is corrected so as to increase the voltage value by 5 degrees of the temperature difference. As a result, the abnormality determination unit 43 determines the abnormality of the IGBT 14a by comparing the predicted value of Vce obtained from the corrected voltage characteristics with the detected value of Vce during operation.

このように、監視対象とするIGBT13aの温度条件を考慮してVceの予測値を補正することで、IGBT13aの異常状態をより正確に判定でき、短絡している場合には即時に保護動作へ移行することができる。   In this way, by correcting the predicted value of Vce in consideration of the temperature condition of the IGBT 13a to be monitored, the abnormal state of the IGBT 13a can be more accurately determined. can do.

以上述べた少なくとも1つの実施形態によれば、インバータ装置に搭載された半導体スイッチング素子の異常状態を検出して即時に保護動作を働かせることのできるエレベータの制御装置を提供することができる。   According to at least one embodiment described above, it is possible to provide an elevator control device that can detect an abnormal state of a semiconductor switching element mounted on an inverter device and immediately activate a protective operation.

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   In addition, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1…商用電源、2…巻上機、3…ロープ、4…乗りかご、5…カウンタウェイト、10…駆動装置、11…コンバータ、12…平滑コンデンサ、13…インバータ、13a…IGBT、30…エレベータ制御装置、41…電圧検出部、42…電圧予測部、43…異常判定部、44…保護動作部、45…補正部、46…温度検出部、47…補正部、51…IGBTチップ、52…ボンディングワイヤ、53…セラミック基板、54…半田、55…銅ベース、56…放熱器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Commercial power supply, 2 ... Hoisting machine, 3 ... Rope, 4 ... Car, 5 ... Counter weight, 10 ... Drive apparatus, 11 ... Converter, 12 ... Smoothing capacitor, 13 ... Inverter, 13a ... IGBT, 30 ... Elevator Control device 41 ... Voltage detection unit 42 ... Voltage prediction unit 43 ... Abnormality determination unit 44 ... Protection operation unit 45 ... Correction unit 46 ... Temperature detection unit 47 ... Correction unit 51 ... IGBT chip 52 ... Bonding wire, 53... Ceramic substrate, 54. Solder, 55. Copper base, 56.

Claims (7)

インバータ装置の駆動により乗りかごを運転するエレベータの制御装置において、
上記乗りかごの運転パターンに基づいて上記インバータ装置に搭載された半導体スイッチング素子に流れる電流パターンを予測し、その予測した電流パターンから上記半導体スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間の電圧値を予測する電圧予測手段と、
上記乗りかごの運転時に上記半導体スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間の電圧値を検出する電圧検出手段と、
上記電圧予測手段によって予測された電圧値と上記電圧検出手段によって検出された電圧値とを比較して上記半導体スイッチング素子の異常状態を判定する異常判定手段と、
この異常判定手段の判定結果に基づいて上記半導体スイッチング素子の保護動作を実施する保護動作手段と
を具備したことを特徴とするエレベータの制御装置。
In an elevator control device that drives a car by driving an inverter device,
Predicting a current pattern flowing in a semiconductor switching element mounted on the inverter device based on an operation pattern of the car, and predicting a voltage value between a collector and an emitter of the semiconductor switching element from the predicted current pattern Means,
Voltage detecting means for detecting a voltage value between a collector and an emitter of the semiconductor switching element during operation of the car;
An abnormality determination unit that compares the voltage value predicted by the voltage prediction unit with the voltage value detected by the voltage detection unit to determine an abnormal state of the semiconductor switching element;
An elevator control apparatus comprising: a protection operation unit that performs a protection operation of the semiconductor switching element based on a determination result of the abnormality determination unit.
上記異常判定手段は、
上記電圧予測手段によって予測された電圧値と上記電圧検出手段によって検出された電圧値との差分が予め設定された値以上であった場合に上記半導体スイッチング素子が短絡状態にあると判定することを特徴とする請求項1記載のエレベータの制御装置。
The abnormality determination means is
Determining that the semiconductor switching element is in a short-circuited state when the difference between the voltage value predicted by the voltage predicting means and the voltage value detected by the voltage detecting means is greater than or equal to a preset value. The elevator control device according to claim 1, wherein:
一定の条件で上記半導体スイッチング素子を通電したときのコレクタ−エミッタ間の電圧値と予め設定された初期値との比較から上記半導体スイッチング素子の劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて上記電圧予測手段が予測する電圧値を補正する補正手段をさらに具備したことを特徴とする請求項1記載のエレベータの制御装置。 A deterioration state of the semiconductor switching element is determined from a comparison between a voltage value between the collector and the emitter when the semiconductor switching element is energized under a certain condition and a preset initial value, and the voltage is determined according to the deterioration state. 2. The elevator control apparatus according to claim 1, further comprising correction means for correcting a voltage value predicted by the prediction means. 一定の条件で上記半導体スイッチング素子を通電したときのゲート−エミッタ間の電圧値と予め設定された初期値との比較から上記半導体スイッチング素子の劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて上記電圧予測手段が予測する電圧値を補正する補正手段をさらに具備したことを特徴とする請求項1記載のエレベータの制御装置。   A deterioration state of the semiconductor switching element is determined from a comparison between a gate-emitter voltage value when the semiconductor switching element is energized under a certain condition and a preset initial value, and the voltage is determined according to the deterioration state. 2. The elevator control apparatus according to claim 1, further comprising correction means for correcting a voltage value predicted by the prediction means. 上記半導体スイッチング素子の周囲の温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段によって検出された温度から上記半導体スイッチング素子のジャンクション温度の上昇状態を予測し、そのジャンクション温度の上昇状態に応じて上記電圧予測手段が予測する電圧値を補正する補正手段をさらに具備したことを特徴とする請求項1記載のエレベータの制御装置。
Temperature detecting means for detecting the ambient temperature of the semiconductor switching element;
The semiconductor device further includes a correcting unit that predicts a rising state of the junction temperature of the semiconductor switching element from the temperature detected by the temperature detecting unit and corrects a voltage value predicted by the voltage predicting unit according to the rising state of the junction temperature. The elevator control device according to claim 1.
上記半導体スイッチング素子の内部の温度変化を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段によって検出された温度変化に応じて上記電圧予測手段が予測する電圧値を補正する補正手段をさらに具備したことを特徴とする請求項1記載のエレベータの制御装置。
Temperature detecting means for detecting a temperature change inside the semiconductor switching element;
2. The elevator control apparatus according to claim 1, further comprising a correcting unit that corrects a voltage value predicted by the voltage predicting unit in accordance with a temperature change detected by the temperature detecting unit.
上記半導体スイッチング素子は、IGBTであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のエレベータの制御装置。   The elevator control device according to claim 1, wherein the semiconductor switching element is an IGBT.
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